本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

目前半導(dǎo)體激光器已廣泛應(yīng)用于泵浦、工業(yè)加工、醫(yī)療等領(lǐng)域，在半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用過程中，被照射元件表面接收激光時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同程度的回返光。低功率半導(dǎo)體激光器回返光微弱，應(yīng)用上可進(jìn)行忽略。大功率的半導(dǎo)體激光器回返光較強(qiáng)，為了避免回返光損傷光源，目前僅采取了回返光的規(guī)避措施。但采用規(guī)避措施的方式處理回返光屬于能量損失，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)能效比低，未充分考慮回返光的再次利用問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提升半導(dǎo)體激光器應(yīng)用系統(tǒng)的能效比，本實(shí)用新型提出一種偏折式激光回返光二次利用裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種偏折式激光回返光二次利用裝置，包括在激光光源附近設(shè)置的棱鏡組，在棱鏡組的后方并避開激光光源設(shè)置有反射組，使得激光光源在被照射元件表面產(chǎn)生的回返光經(jīng)過棱鏡組發(fā)生趨向光軸的折射、再入射至反射組，反射組將激光反射后從棱鏡組出射至被照射元件表面。

在以上方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還進(jìn)一步作了如下優(yōu)化：

上述激光光源位于棱鏡組的后方；具體位置是：激光光源在棱鏡組后端面覆蓋范圍內(nèi)(即激光光源發(fā)出的光經(jīng)過楔形鏡組出射)，或者激光光源在棱鏡組的外圍。

在反射組與棱鏡組之間還設(shè)置有透射整形組。在光束質(zhì)量較好的情況下，無透射整形組，也是可行的。上述透射整形組與所述反射組一一配對(duì)，或者一對(duì)多(一個(gè)透射整形組對(duì)應(yīng)多個(gè)反射組組成的陣列)，或者多對(duì)一(多個(gè)透射整形組組成的陣列對(duì)應(yīng)一個(gè)反射組)。

上述棱鏡組選用截面為梯形的圓臺(tái)式棱鏡或者截面為三角形的錐形棱鏡。

具體的位置、結(jié)構(gòu)匹配設(shè)置，可分為以下三種優(yōu)化模式：

一：激光光源設(shè)置在棱鏡組后端面覆蓋范圍內(nèi)

激光光源和透射整形組以及反射組均處于棱鏡組后端面覆蓋范圍內(nèi)，其中：

激光光源居中，對(duì)應(yīng)于接收回返光的棱鏡組兩側(cè)斜面、在激光光源的外圍平行設(shè)置一組或分布多組透射整形組以及反射組；

或者，激光光源的位置對(duì)應(yīng)于接收回返光的棱鏡組的其中一側(cè)斜面，透射整形組以及反射組的位置對(duì)應(yīng)于接收回返光的棱鏡組的另一側(cè)斜面，與激光光源平行。

進(jìn)一步舉例：

激光光源可對(duì)應(yīng)于接收回返光的圓臺(tái)式棱鏡的其中一側(cè)斜面且靠近圓臺(tái)面的位置，在圓臺(tái)式棱鏡后端面對(duì)應(yīng)激光光源出光位置設(shè)置有二分之一波片，激光光源發(fā)出的激光偏振模式為TE，經(jīng)過所述二分之一波片后為TM，圓臺(tái)式棱鏡的圓臺(tái)面上鍍有偏振反射膜，能夠?qū)⒃撎幗邮盏腡M模式的回返光反射回去。

激光光源可居中并對(duì)應(yīng)于接收回返光的圓臺(tái)式棱鏡的圓臺(tái)面，在該圓臺(tái)面上鍍有反射膜，能夠?qū)⒃撎幗邮盏幕胤倒夥瓷浠厝ァ?/p>

二：激光光源設(shè)置在棱鏡組外圍

在棱鏡組后端面覆蓋范圍內(nèi)、對(duì)應(yīng)于接收回返光的棱鏡組兩側(cè)斜面分布多組透射整形組以及反射組；所述激光光源設(shè)置于所述多組透射整形組以及反射組整體的外圍。

三：對(duì)激光光源單獨(dú)設(shè)置鏡組

激光光源位于棱鏡組的外圍，在激光光源前設(shè)置有獨(dú)立的楔形鏡組；所述棱鏡組至少有一組，每一組棱鏡組后方在對(duì)應(yīng)于接收回返光的棱鏡組斜面的位置設(shè)置一組或者分布多組透射整形組以及反射組。

進(jìn)一步的，所述棱鏡組有多組，在所述激光光源及其楔形鏡組的外圍環(huán)繞分布。

上述反射組根據(jù)需要設(shè)置可為偏心或非偏心，所述透射整形組選用負(fù)鏡組或正鏡組或棱鏡組或陣列鏡組；所述反射組的反射面為拋物面、雙曲面、橢球面、球面或者其他形式的非球面。具體來說：

考慮到系統(tǒng)體積長度不能過長時(shí)，需要將發(fā)射組設(shè)計(jì)為偏心裝置，降低系統(tǒng)長度。

當(dāng)入射光為斜射狀態(tài)，且無整形組狀態(tài)下，需要將反射組設(shè)計(jì)為偏心。

當(dāng)出射光有一定角度要求時(shí)，在不增加整形組的狀態(tài)下，需要將反射組設(shè)計(jì)為偏心。

除以上外，均可設(shè)計(jì)為非偏心狀態(tài)。

當(dāng)魚眼鏡組接收廣角散射的回返光時(shí)，需要正鏡組，所述正透鏡組在魚眼鏡組后端有一定聚光能力，控制入射到反射面的光束角度，使回返光能匹配反射面的面型。

當(dāng)魚眼鏡組接受大斜角入射的回返光時(shí)，魚眼鏡組后端設(shè)置負(fù)鏡組，使回返束能入射到反射面，并控制入射到反射面的入射角度，使其與反射面面型相匹配。

當(dāng)魚眼鏡組接受光場(chǎng)復(fù)雜的回返光時(shí)，魚眼透鏡后端設(shè)置正鏡組和負(fù)鏡組，均不能更好的對(duì)該回返光進(jìn)行光束整形，不能更好的控制入射到反射面的光束角度，與反射面的面型不能更好匹配。這時(shí)需要在魚眼鏡組后端設(shè)置陣列鏡組。對(duì)回返光進(jìn)行分解微分處理，使回返光入射到反射面的角度能與反射面的面型更好匹配，并使光束均勻可用。

當(dāng)考慮到回返光為斜射光束，或反射面設(shè)計(jì)為偏向形式時(shí)，或出射光束要求為斜射狀時(shí)。在魚眼鏡組后端設(shè)置棱鏡組，對(duì)回返光進(jìn)行偏折處理。

拋物面、雙曲面、橢球面、球面或者其他形式的非球面，是反射面的基礎(chǔ)面型。面型的選擇是由入射與出射光束的角度與分布決定，而入射與出射均和透鏡整形組設(shè)計(jì)有關(guān)。反過來說透鏡整形組的設(shè)計(jì)決定反射面面型的選擇。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下：

1、有效實(shí)現(xiàn)了二次利用反射能量，提升系統(tǒng)的能效比；

2、結(jié)構(gòu)模塊化，便于拆卸安裝和移植；

3、體積小，重量輕。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一的示意圖。

圖2為實(shí)施例二的示意圖。

圖3為實(shí)施例三的示意圖。

圖4為實(shí)施例四的示意圖。

圖5為實(shí)施例五的示意圖。

圖6為實(shí)施例六的示意圖。

圖7為基于實(shí)施例三的一種系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用方案示意圖。

圖8為基于實(shí)施例一或?qū)嵤├牡囊环N系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用方案示意圖。

圖9為以激光光源為軸心環(huán)繞布局的示意圖(面向光源的視角)。

圖10為基于實(shí)施例一進(jìn)一步避免回返光損傷影響的優(yōu)化方案示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1-棱鏡組；101-棱鏡組接收回返光的斜面；2-透射整形組；3-反射組；4-激光光源；5-封裝殼體；6-被照射元件；A-棱鏡組+透射整形組+反射組共同構(gòu)成的回返光利用單元；7-二分之一波片；8-偏振反射膜。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的回返光利用裝置核心組成部分：棱鏡組+透射整形組+反射組。回返光進(jìn)入棱鏡組(單個(gè)或多個(gè))，進(jìn)入透射整形組(單個(gè)或多個(gè))進(jìn)行整形，整形后的激光再入射到反射組(單個(gè)或多個(gè))上，反射組將激光反射后再次進(jìn)入透射整形組進(jìn)行整形，然后從棱鏡組出射，完成回返光的二次利用。

具體結(jié)構(gòu)及作用：

棱鏡組：一種楔形鏡；利用棱鏡組吸收大角度的回返光，最大吸收角度為120°左右。

另外，將激光光源(出光端)對(duì)應(yīng)于棱鏡組接收回返光的斜面時(shí)，還可以使光源發(fā)出的激光光路發(fā)生偏折，以避免回返光損傷光源。為了進(jìn)一步減少光源面對(duì)的回返光，還可如圖10所示(以圓臺(tái)式棱鏡為例)，激光光源發(fā)出的激光偏振模式為TE，經(jīng)過二分之一波片后為TM，圓臺(tái)式棱鏡的外側(cè)中心面(臺(tái)面)上鍍有偏振反射膜，能夠?qū)M模式的回返光反射出去。這里，激光光源的出光孔最好與圓臺(tái)棱鏡的外側(cè)中心面錯(cuò)開，避免光路發(fā)生干涉。

不過，即便將激光光源(出光端)對(duì)應(yīng)于棱鏡組中心位置，也仍然可采用其他措施來避免回返光損傷光源，如直接在圓臺(tái)式棱鏡的外側(cè)中心面處鍍反射膜，將沿光軸返回的回返光反射。

而且，考慮到實(shí)際的被照射元件表面通常有一定粗糙度，回返光沿光軸返回的部分較少，對(duì)光源的損傷已經(jīng)很小。

透射整形組：負(fù)鏡組或正鏡組；將棱鏡組吸收的回返光進(jìn)行整形。

反射組：反射面為拋物面/雙曲面/橢球面/球面/非球面；將整形后的回返光再次反射至透射整形組，反射組可根據(jù)需要設(shè)計(jì)為偏心或非偏心。

通過合理匹配透射整形組以及反射組，可使盡可能多的光線在二次反射后成為準(zhǔn)直光束(發(fā)散角小)，從而盡可能提高再次照射至被加工元件表面的能量，即提高二次利用效能。

如圖1所示，棱鏡組選用截面為梯形的圓臺(tái)式棱鏡；在數(shù)量上一組棱鏡可對(duì)應(yīng)多組透射整形組和反射組(透射整形組和反射組構(gòu)成陣列，激光光源位于陣列中間)。

如圖2所示，棱鏡組選用截面為三角形的錐形棱鏡；在數(shù)量上一組棱鏡可對(duì)應(yīng)多組透射整形組和反射組(透射整形組和反射組構(gòu)成陣列，激光光源位于陣列外側(cè))。

如圖3所示，棱鏡組選用截面為三角形的錐形棱鏡；棱鏡組、反射組和整形組數(shù)量可以一一對(duì)應(yīng)(數(shù)量相等)。

如圖4所示，還可以將圖3所示結(jié)構(gòu)中的棱鏡組分為兩個(gè)獨(dú)立的棱鏡，即一個(gè)棱鏡(普通的楔形鏡也可)用于使激光光源發(fā)生偏折，另一個(gè)棱鏡用于吸收回返光。還可如圖5、圖6所示方案利用普通的楔形鏡。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用方案如圖7、圖8所示：

(1)激光光源發(fā)出激光，作用到激光接收裝置的被作用面上，該被作用面可以為端泵晶體、工件表面、待治療表面等；

(2)被作用面產(chǎn)生回返光，回返光發(fā)射到回返光利用裝置中；

(3)回返光利用裝置對(duì)回返光進(jìn)行反射、整形后，再次入射到被作用面上，從而實(shí)現(xiàn)回返光的再次利用。

回返光利用裝置可單一使用，也可以將n個(gè)回返光利用裝置對(duì)激光器進(jìn)行環(huán)繞式捆綁使用，每個(gè)回返光利用裝置獨(dú)立工作。